runtime 介绍
Objective-C 是一门动态性比较强的编程语言，跟 C、C++ 等语言有着很大的不同，Objective-C 的动态性是由 Runtime API 来支撑的，Runtime API 提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写。
一、isa 本质
每个OC对象都含有一个 isa 指针，arm64 之前，isa仅仅是一个指针，保存着对象或类对象内存地址，在 arm64 架构之后，apple对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，同时使用位域来存储更多的信息。
所以 arm64 之后，isa 指针并不是直接指向类对象或者元类对象，而是需要 &ISA_MASK 通过位运算才能获取到类对象或者元类对象的地址。
1.背景知识介绍
如下，char 类型占据 8 字节，使用它的后三位来表示 tall rich handsome 三个 bool 值。例如 _tallRichHansome 的值为 0b 0000 0010 ，那么只使用8个二进制位中的最后3个，分别为其赋值0或者1来代表 tall、rich、handsome 的值。
@interface Person()
{
char _tallRichHandsome;
}
取值
假如 char 类型的成员变量中存储的二进制为 0b 0000 0010 如果想将倒数第2位的值也就是 rich 的值取出来，可以使用&进行按位与运算进而取出相应位置的值。
&：按位与，同真为真，其他都为假。
// 示例
// 取出倒数第三位 tall
0000 0010
& 0000 0100
------------
0000 0000 // 取出倒数第三位的值为0，其他位都置为0
// 取出倒数第二位 rich
0000 0010
& 0000 0010
------------
0000 0010 // 取出倒数第二位的值为1，其他位都置为0
按位与可以用来取出特定的位，想取出哪一位就将那一位置为1，其他为都置为0，然后同原数据进行按位与计算，即可取出特定的位。
getter 方法改写如下
#define TallMask 0b00000100 // 4
#define RichMask 0b00000010 // 2
#define HandsomeMask 0b00000001 // 1
- (BOOL)tall
{
return !!(_tallRichHandsome & TallMask);
}
- (BOOL)rich
{
return !!(_tallRichHandsome & RichMask);
}
- (BOOL)handsome
{
return !!(_tallRichHandsome & HandsomeMask);
}
上述代码中(_tallRichHandsome & TallMask)的值为0000 0010也就是2，但是我们需要的是一个BOOL类型的值 0 或者 1 ，那么!!2就将 2 先转化为 0 ，之后又转化为 1。相反如果按位与取得的值为 0 时，!!0将 0 先转化为 1 之后又转化为 0。
因此使用!!两个非操作将值转化为 0 或者 1 来表示相应的值。
掩码 : 上述代码中定义了三个宏，用来分别进行按位与运算而取出相应的值，一般用来按位与（&）运算的值称之为掩码。
上述宏定义可以使用<<（左移）优化成如下代码
#define TallMask (1<<2) // 0b00000100 4
#define RichMask (1<<1) // 0b00000010 2
#define HandsomeMask (1<<0) // 0b00000001 1
设值
设值即是将某一位设值为0或者1，可以使用|（按位或）操作符。 | : 按位或，只要有一个1即为1，否则为0。
如果想将某一位置为1的话，那么将原本的值与掩码进行按位或的操作即可，例如我们想将tall置为1
// 将倒数第三位 tall置为1
0000 0010 // _tallRichHandsome
| 0000 0100 // TallMask
------------
0000 0110 // 将tall置为1，其他位值都不变
如果想将某一位置为0的话，需要将掩码按位取反（~ : 按位取反符），之后在与原本的值进行按位与操作即可。
// 将倒数第二位 rich置为0
0000 0010 // _tallRichHandsome
& 1111 1101 // RichMask按位取反
------------
0000 0000 // 将rich置为0，其他位值都不变
set 代码改写如下
- (void)setTall:(BOOL)tall
{
if (tall) { // 如果需要将值置为1 // 按位或掩码
_tallRichHandsome |= TallMask;
}else{ // 如果需要将值置为0 // 按位与（按位取反的掩码）
_tallRichHandsome &= ~TallMask;
}
}
- (void)setRich:(BOOL)rich
{
if (rich) {
_tallRichHandsome |= RichMask;
}else{
_tallRichHandsome &= ~RichMask;
}
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
if (handsome) {
_tallRichHandsome |= HandsomeMask;
}else{
_tallRichHandsome &= ~HandsomeMask;
}
}
位域
将上述代码进行优化，使用结构体位域，可以使代码可读性更高。 位域声明 位域名 : 位域长度;
使用位域需要注意以下3点：
- 如果一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。
- 位域的长度不能大于数据类型本身的长度，比如int类型就不能超过32位二进位。
- 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。
使用位域进行优化
@interface Person()
{
struct {
char handsome : 1; // 位域，代表占用一位空间
char rich : 1; // 按照顺序只占一位空间
char tall : 1;
}_tallRichHandsome;
}
共用体
为了使代码存储数据高效率的同时，有较强的可读性，可以使用共用体来增强代码可读性，同时使用位运算来提高数据存取的效率。
#define TallMask (1<<2) // 0b00000100 4
#define RichMask (1<<1) // 0b00000010 2
#define HandsomeMask (1<<0) // 0b00000001 1
@interface Person()
{
union {
char bits;
// 结构体仅仅是为了增强代码可读性，无实质用处
struct {
char tall : 1;
char rich : 1;
char handsome : 1;
};
}_tallRichHandsome;
}
@end
上述代码中使用位运算这种比较高效的方式存取值，使用union共用体来对数据进行存储。增加读取效率的同时增强代码可读性。
其中 _tallRichHandsome 共用体只占用一个字节，因为结构体中tall、rich、handsome都只占一位二进制空间，所以结构体只占一个字节，而char类型的bits也只占一个字节，他们都在共用体中，因此共用一个字节的内存即可。
其中_tallRichHandsome共用体只占用一个字节，因为结构体中tall、rich、handsome都只占一位二进制空间，所以结构体只占一个字节，而char类型的bits也只占一个字节，他们都在共用体中，因此共用一个字节的内存即可。
2.isa 源码分析
isa 源码如下
// 截取objc_object内部分代码
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
}
isa指针其实是一个isa_t类型的共用体，来到isa_t内部查看其结构
// 精简过的isa_t共用体
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if SUPPORT_PACKED_ISA
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
};
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 8;
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
};
# else
# error unknown architecture for packed isa
# endif
#endif
isa_t 是 union 类型共同体。共用体中有一个结构体，结构体内部分别定义了一些变量，变量后面的值代表的是该变量占用多少个字节，也就是位域。
共用体：共用体是一种特殊的数据类型，允许您在相同的内存位置存储不同的数据类型。您可以定义一个带有多成员的共用体，但是任何时候只能有一个成员带有值。共用体提供了一种使用相同的内存位置的有效方式。
源码中通过共用体的形式存储了64位的值，这些值在结构体中被展示出来，通过对bits进行位运算而取出相应位置的值。
3.获取 Class、Meta-Class 信息
isa 位域中的 shiftcls 位中存储着 Class、Meta-Class 对象的内存地址信息，我们之前在 OC 对象的本质中提到过，对象的 isa 指针需要同 ISA_MASK 经过一次&（按位与）运算才能得出真正的 Class 对象地址。
ISA_MASK 的值为 0x0000000ffffffff8ULL，ISA_MASK 的值转化为二进制中有33位都为1。另外 ISA_MASK 最后三位的值为0，那么任何数同ISA_MASK按位与运算之后，得到的最后三位必定都为0，因此任何类对象或元类对象的内存地址最后三位必定为0，转化为十六进制末位必定为8或者0。
4.isa 中存储的信息及作用
struct {
// 0代表普通的指针，存储着Class，Meta-Class对象的内存地址。
// 1代表优化后的使用位域存储更多的信息。
uintptr_t nonpointer : 1;
// 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
uintptr_t has_assoc : 1;
// 是否有C++析构函数，如果没有，释放时会更快
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
// 存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
uintptr_t shiftcls : 33;
// 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
uintptr_t magic : 6;
// 是否有被弱引用指向过。
uintptr_t weakly_referenced : 1;
// 对象是否正在释放
uintptr_t deallocating : 1;
// 引用计数器是否过大无法存储在isa中
// 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
// 里面存储的值是引用计数器减1
uintptr_t extra_rc : 19;
};
注意：只要设置过关联对象或者弱引用引用过对象 has_assoc 和 weakly_referenced 的值就会变成1，不论之后是否将关联对象置为 nil 或断开弱引用。
如果没有设置过关联对象，对象释放时会更快，这是因为对象在销毁时会判断是否有关联对象进而对关联对象释放。参考对象销毁的源码：
void *objc_destructInstance(id obj)
{
if (obj) {
Class isa = obj->getIsa();
// 是否有c++析构函数
if (isa->hasCxxDtor()) {
object_cxxDestruct(obj);
}
// 是否有关联对象，如果有则移除
if (isa->instancesHaveAssociatedObjects()) {
_object_remove_assocations(obj);
}
objc_clear_deallocating(obj);
}
return obj;
}
二、class 的结构
class 内部结构如下：
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
}
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
1.class_rw_t
bits & FAST_DATA_MASK位运算之后，可以得到class_rw_t，而class_rw_t中存储着方法列表、属性列表以及协议列表，来看一下class_rw_t部分代码
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods; // 方法列表
property_array_t properties; // 属性列表
protocol_array_t protocols; // 协议列表
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
char *demangledName;
};
上述源码中，method_array_t、property_array_t、protocol_array_t其实都是二维数组，来到method_array_t、property_array_t、protocol_array_t内部看一下。这里以method_array_t为例，method_array_t本身就是一个数组，数组里面存放的是数组method_list_t，method_list_t里面最终存放的是method_t
class method_array_t :
public list_array_tt<method_t, method_list_t>
{
typedef list_array_tt<method_t, method_list_t> Super;
public:
method_list_t **beginCategoryMethodLists() {
return beginLists();
}
method_list_t **endCategoryMethodLists(Class cls);
method_array_t duplicate() {
return Super::duplicate<method_array_t>();
}
};
class property_array_t :
public list_array_tt<property_t, property_list_t>
{
typedef list_array_tt<property_t, property_list_t> Super;
public:
property_array_t duplicate() {
return Super::duplicate<property_array_t>();
}
};
class protocol_array_t :
public list_array_tt<protocol_ref_t, protocol_list_t>
{
typedef list_array_tt<protocol_ref_t, protocol_list_t> Super;
public:
protocol_array_t duplicate() {
return Super::duplicate<protocol_array_t>();
}
};
class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，其中包含了类的初始内容以及分类的内容。
以method_array_t为例，图示其中的结构。
2.class_ro_t
class_ro_t 中也有存储方法、属性、协议列表，另外还有成员变量列表。接着来看一下 class_ro_t 部分代码
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
class_ro_t *ro是只读的，内部直接存储的直接就是method_list_t、protocol_list_t 、property_list_t类型的一维数组，数组里面分别存放的是类的初始信息，以method_list_t为例，method_list_t中直接存放的就是method_t，但是是只读的，不允许增加删除修改。
注意：class_ro_t 中包含 ivar_list_t，但 class_rw_t 中不包含，说明不允许动态添加成员变量，初始化时就确定了成员变量。但 property_list_t 可以。
3.class_ro_t 与 class_rw_t 的合并
class_rw_t中的methods是二维数组的结构，并且可读可写，因此可以动态的添加方法，并且更加便于分类方法的添加。参考 category 源码可以发现，attachList函数内通过memmove 和 memcpy两个操作将分类的方法列表合并在本类的方法列表中。那么此时就将分类的方法和本类的方法统一整合到一起了。
其实一开始类的方法，属性，成员变量属性协议等等都是存放在class_ro_t中的，当程序运行的时候，需要将分类中的列表跟类初始的列表合并在一起的时，就会将class_ro_t中的列表和分类中的列表合并起来存放在class_rw_t中，也就是说class_rw_t中有部分列表是从class_ro_t里面拿出来的。
运行时调用的 realizeClass 部分源码如下：
static Class realizeClass(Class cls)
{
runtimeLock.assertWriting();
const class_ro_t *ro;
class_rw_t *rw;
Class supercls;
Class metacls;
bool isMeta;
if (!cls) return nil;
if (cls->isRealized()) return cls;
assert(cls == remapClass(cls));
// 最开始cls->data是指向ro的
ro = (const class_ro_t *)cls->data();
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
// rw已经初始化并且分配内存空间
rw = cls->data(); // cls->data指向rw
ro = cls->data()->ro; // cls->data()->ro指向ro
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
// 如果rw并不存在，则为rw分配空间
rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1); // 分配空间
rw->ro = ro; // rw->ro重新指向ro
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
// 将rw传入setData函数，等于cls->data()重新指向rw
cls->setData(rw);
}
}
类的初始信息本来其实是存储在class_ro_t中的，并且ro本来是指向cls->data()的，也就是说bits.data()得到的是ro，但是在运行过程中创建了class_rw_t，并将cls->data指向rw，同时将初始信息ro赋值给rw中的ro。最后在通过setData(rw)设置data。那么此时bits.data()得到的就是rw，之后再去检查是否有分类，同时将分类的方法，属性，协议列表整合存储在class_rw_t的方法，属性及协议列表中。
4.class_rw_t 中是方法相关数据结构
method_t
method_array_t中最终存储的是method_t，method_t是对方法、函数的封装，每一个方法对象就是一个method_t。通过源码看一下method_t的结构体
struct method_t {
SEL name; // 函数名
const char *types; // 编码（返回值类型，参数类型）
IMP imp; // 指向函数的指针（函数地址）
};
SEL
SEL代表方法\函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似 typedef struct objc_selector *SEL;，可以把SEL看做是方法名字符串。
SEL可以通过@selector()和sel_registerName()获得
SEL sel1 = @selector(test);
SEL sel2 = sel_registerName("test");
或者
char *string = sel_getName(sel1);
NSString *string2 = NSStringFromSelector(sel2);
注：不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的。SEL仅仅代表方法的名字，并且不同类中相同的方法名的SEL是全局唯一的。
NSLog(@"%p,%p", sel1,sel2);
Runtime-test[23738:8888825] 0x1017718a3,0x1017718a3
types
types包含了函数返回值，参数编码的字符串。通过字符串拼接的方式将返回值和参数拼接成一个字符串，来代表函数返回值及参数。
苹果官方对 types 的描述如下
举例说明：v16@0:8
- (void) test;
v 16 @ 0 : 8
void id SEL
// 16表示参数的占用空间大小，id后面跟的0表示从0位开始存储，id占8位空间。
// SEL后面的8表示从第8位开始存储，SEL同样占8位空间
方法都默认有两个参数的，id类型的self，和SEL类型的_cmd，而上述通过对types的分析同时也验证了这个说法。
复杂例子：
- (int)testWithAge:(int)age Height:(float)height
{
return 0;
}
i 24 @ 0 : 8 i 16 f 20
int id SEL int float
// 参数的总占用空间为 8 + 8 + 4 + 4 = 24
// id 从第0位开始占据8位空间
// SEL 从第8位开始占据8位空间
// int 从第16位开始占据4位空间
// float 从第20位开始占据4位空间
iOS提供了@encode的指令，可以将具体的类型转化成字符串编码。
NSLog(@"%s",@encode(int));
NSLog(@"%s",@encode(float));
NSLog(@"%s",@encode(id));
NSLog(@"%s",@encode(SEL));
// 打印内容
Runtime-test[25275:9144176] i
Runtime-test[25275:9144176] f
Runtime-test[25275:9144176] @
Runtime-test[25275:9144176] :
IMP
IMP代表函数的具体实现，存储的内容是函数地址。也就是说当找到imp的时候就可以找到函数实现，进而对函数进行调用。
5.方法缓存机制 cache_t
回到类对象结构体，成员变量cache就是用来对方法进行缓存的。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
}
cache_t cache;用来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度。
回顾方法调用过程：调用方法的时候，需要去方法列表里面进行遍历查找。如果方法不在列表里面，就会通过superclass找到父类的类对象，在去父类类对象方法列表里面遍历查找。
如果方法需要调用很多次的话，那就相当于每次调用都需要去遍历多次方法列表，为了能够快速查找方法，apple设计了cache_t来进行方法缓存。
每当调用方法的时候，会先去cache中查找是否有缓存的方法，如果没有缓存，在去类对象方法列表中查找，以此类推直到找到方法之后，就会将方法直接存储在cache中，下一次在调用这个方法的时候，就会在类对象的cache里面找到这个方法，直接调用了。
cache_t 如何进行缓存（cache_t 内部结构）
struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets; // 散列表 数组
mask_t _mask; // 散列表的长度 -1
mask_t _occupied; // 已经缓存的方法数量
};
bucket_t是以数组的方式存储方法列表的，看一下bucket_t内部结构
struct bucket_t {
private:
cache_key_t _key; // SEL作为Key
IMP _imp; // 函数的内存地址
};
bucket_t中存储着SEL和_imp，通过key->value的形式，以SEL为key，函数实现的内存地址 _imp为value来存储方法。
散列表：上述bucket_t列表我们称之为散列表（哈希表）
散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。
散列函数及散列表原理
cache_fill 及 cache_fill_nolock 函数
void cache_fill(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
#if !DEBUG_TASK_THREADS
mutex_locker_t lock(cacheUpdateLock);
cache_fill_nolock(cls, sel, imp, receiver);
#else
_collecting_in_critical();
return;
#endif
}
static void cache_fill_nolock(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
// 如果没有initialize直接return
if (!cls->isInitialized()) return;
// 确保线程安全，没有其他线程添加缓存
if (cache_getImp(cls, sel)) return;
// 通过类对象获取到cache
cache_t *cache = getCache(cls);
// 将SEL包装成Key
cache_key_t key = getKey(sel);
// 占用空间+1
mask_t newOccupied = cache->occupied() + 1;
// 获取缓存列表的缓存能力，能存储多少个键值对
mask_t capacity = cache->capacity();
if (cache->isConstantEmptyCache()) {
// 如果为空的，则创建空间，这里创建的空间为4个。
cache->reallocate(capacity, capacity ?: INIT_CACHE_SIZE);
}
else if (newOccupied <= capacity / 4 * 3) {
// 如果所占用的空间占总数的3/4一下，则继续使用现在的空间
}
else {
// 如果占用空间超过3/4则扩展空间
cache->expand();
}
// 通过key查找合适的存储空间。
bucket_t *bucket = cache->find(key, receiver);
// 如果key==0则说明之前未存储过这个key，占用空间+1
if (bucket->key() == 0) cache->incrementOccupied();
// 存储key，imp
bucket->set(key, imp);
}
reallocate 函数
通过上述源码看到reallocate函数负责分配散列表空间，来到reallocate函数内部。
void cache_t::reallocate(mask_t oldCapacity, mask_t newCapacity)
{
// 旧的散列表能否被释放
bool freeOld = canBeFreed();
// 获取旧的散列表
bucket_t *oldBuckets = buckets();
// 通过新的空间需求量创建新的散列表
bucket_t *newBuckets = allocateBuckets(newCapacity);
assert(newCapacity > 0);
assert((uintptr_t)(mask_t)(newCapacity-1) == newCapacity-1);
// 设置Buckets和Mash，Mask的值为散列表长度-1
setBucketsAndMask(newBuckets, newCapacity - 1);
// 释放旧的散列表
if (freeOld) {
cache_collect_free(oldBuckets, oldCapacity);
cache_collect(false);
}
}
上述源码中首次传入reallocate函数的newCapacity为INIT_CACHE_SIZE，INIT_CACHE_SIZE是个枚举值，也就是4。因此散列表最初创建的空间就是4个。
expand ()函数
当散列表的空间被占用超过3/4的时候，散列表会调用expand ()函数进行扩展，我们来看一下expand ()函数内散列表如何进行扩展的。
void cache_t::expand()
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
// 获取旧的散列表的存储空间
uint32_t oldCapacity = capacity();
// 将旧的散列表存储空间扩容至两倍
uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;
// 为新的存储空间赋值
if ((uint32_t)(mask_t)newCapacity != newCapacity) {
newCapacity = oldCapacity;
}
// 调用reallocate函数，重新创建存储空间
reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}
上述源码中可以发现散列表进行扩容时会将容量增至之前的2倍。
find 函数
最后来看一下散列表中如何快速的通过key找到相应的bucket呢？我们来到find函数内部
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
{
assert(k != 0);
// 获取散列表
bucket_t *b = buckets();
// 获取mask
mask_t m = mask();
// 通过key找到key在散列表中存储的下标
mask_t begin = cache_hash(k, m);
// 将下标赋值给i
mask_t i = begin;
// 如果下标i中存储的bucket的key==0说明当前没有存储相应的key，将b[i]返回出去进行存储
// 如果下标i中存储的bucket的key==k，说明当前空间内已经存储了相应key，将b[i]返回出去进行存储
do {
if (b[i].key() == 0 || b[i].key() == k) {
// 如果满足条件则直接reutrn出去
return &b[i];
}
// 如果走到这里说明上面不满足，那么会往前移动一个空间重新进行判定，知道可以成功return为止
} while ((i = cache_next(i, m)) != begin);
// hack
Class cls = (Class)((uintptr_t)this - offsetof(objc_class, cache));
cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)k, cls);
}
函数cache_hash (k, m)用来通过key找到方法在散列表中存储的下标，来到cache_hash (k, m)函数内部
static inline mask_t cache_hash(cache_key_t key, mask_t mask)
{
return (mask_t)(key & mask);
}
可以发现cache_hash (k, m)函数内部仅仅是进行了key & mask的按位与运算，得到下标即存储在相应的位置上
_mask
通过上面的分析我们知道_mask的值是散列表的长度减一，那么任何数通过与_mask进行按位与运算之后获得的值都会小于等于_mask，因此不会出现数组溢出的情况。
总结
当第一次使用方法时，消息机制通过isa找到方法之后，会对方法以SEL为keyIMP为value的方式缓存在cache的_buckets中，当第一次存储的时候，会创建具有4个空间的散列表，并将_mask的值置为散列表的长度减一，之后通过SEL & mask计算出方法存储的下标值，并将方法存储在散列表中。举个例子，如果计算出下标值为3，那么就将方法直接存储在下标为3的空间中，前面的空间会留空。
当散列表中存储的方法占据散列表长度超过3/4的时候，散列表会进行扩容操作，将创建一个新的散列表并且空间扩容至原来空间的两倍，并重置_mask的值，最后释放旧的散列表，此时再有方法要进行缓存的话，就需要重新通过SEL & mask计算出下标值之后在按照下标进行存储了。
如果一个类中方法很多，其中很可能会出现多个方法的SEL & mask得到的值为同一个下标值，那么会调用cache_next函数往下标值-1位去进行存储，如果下标值-1位空间中有存储方法，并且key不与要存储的key相同，那么再到前面一位进行比较，直到找到一位空间没有存储方法或者key与要存储的key相同为止，如果到下标0的话就会到下标为_mask的空间也就是最大空间处进行比较。
当要查找方法时，并不需要遍历散列表，同样通过SEL & mask计算出下标值，直接去下标值的空间取值即可，同上，如果下标值中存储的key与要查找的key不相同，就去前面一位查找。这样虽然占用了少量控件，但是大大节省了时间，也就是说其实apple是使用空间换取了存取的时间。
通过一张图更清晰的看一下其中的流程。
三、方法调用本质
OC 代码转换为 C++ 代码，探寻方法调用的本质
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
[person test];
// --------- c++底层代码
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("test"));
方法调用分为3个阶段
- 消息发送阶段：负责从类及父类的缓存列表及方法列表查找方法。
- 动态解析阶段：如果消息发送阶段没有找到方法，则会进入动态解析阶段，负责动态的添加方法实现。
- 消息转发阶段：如果也没有实现动态解析方法，则会进行消息转发阶段，将消息转发给可以处理消息的接受者来处理。
如果消息转发也没有实现，就会报方法找不到的错误，无法识别消息，unrecognzied selector sent to instance
msg_send 源码流程：
1.消息发送
runtime 中消息发送的代码是闭源的，只能通过汇编去查看，在 runtime 源码中搜索 objc_msgSend 查看其内部实现，在 objc-msg-arm64.s 汇编文件可以知道 objc_msgSend 函数的实现
ENTRY _objc_msgSend
UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
MESSENGER_START
cmp x0, #0 // nil check and tagged pointer check
b.le LNilOrTagged // (MSB tagged pointer looks negative)
ldr x13, [x0] // x13 = isa
and x16, x13, #ISA_MASK // x16 = class
LGetIsaDone:
CacheLookup NORMAL // calls imp or objc_msgSend_uncached
上述汇编源码中会首先判断消息接受者reveiver的值。 如果传入的消息接受者为nil则会执行LNilOrTagged，LNilOrTagged内部会执行LReturnZero，而LReturnZero内部则直接return0。
如果传入的消息接受者不为nill则执行CacheLookup，内部对方法缓存列表进行查找，如果找到则执行CacheHit，进而调用方法。否则执行CheckMiss，CheckMiss内部调用__objc_msgSend_uncached。
__objc_msgSend_uncached内会执行MethodTableLookup也就是方法列表查找，MethodTableLookup内部的核心代码__class_lookupMethodAndLoadCache3也就是c语言函数_class_lookupMethodAndLoadCache3
c语言_class_lookupMethodAndLoadCache3函数内部则是对方法查找的核心源代码。
_class_lookupMethodAndLoadCache3 函数
IMP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls)
{
return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj,
YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/);
}
lookUpImpOrForward 函数
IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst,
bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
// initialize = YES , cache = NO , resolver = YES
IMP imp = nil;
bool triedResolver = NO;
runtimeLock.assertUnlocked();
// 缓存查找, 因为cache传入的为NO, 这里不会进行缓存查找, 因为在汇编语言中CacheLookup已经查找过
if (cache) {
imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp) return imp;
}
runtimeLock.read();
if (!cls->isRealized()) {
runtimeLock.unlockRead();
runtimeLock.write();
realizeClass(cls);
runtimeLock.unlockWrite();
runtimeLock.read();
}
if (initialize && !cls->isInitialized()) {
runtimeLock.unlockRead();
_class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst));
runtimeLock.read();
}
retry:
runtimeLock.assertReading();
// 防止动态添加方法，缓存会变化，再次查找缓存。
imp = cache_getImp(cls, sel);
// 如果查找到imp, 直接调用done, 返回方法地址
if (imp) goto done;
// 查找方法列表, 传入类对象和方法名
{
// 根据sel去类对象里面查找方法
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(cls, sel);
if (meth) {
// 如果方法存在，则缓存方法，
// 内部调用的就是 cache_fill 上文中已经详细讲解过这个方法，这里不在赘述了。
log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, cls);
// 方法缓存之后, 取出imp, 调用done返回imp
imp = meth->imp;
goto done;
}
}
// 如果类方法列表中没有找到, 则去父类的缓存中或方法列表中查找方法
{
unsigned attempts = unreasonableClassCount();
// 如果父类缓存列表及方法列表均找不到方法，则去父类的父类去查找。
for (Class curClass = cls->superclass;
curClass != nil;
curClass = curClass->superclass)
{
// Halt if there is a cycle in the superclass chain.
if (--attempts == 0) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
// 查找父类的缓存
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) {
if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
// 在父类中找到方法, 在本类中缓存方法, 注意这里传入的是cls, 将方法缓存在本类缓存列表中, 而非父类中
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
// 执行done, 返回imp
goto done;
}
else {
// 跳出循环, 停止搜索
break;
}
}
// 查找父类的方法列表
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
// 同样拿到方法, 在本类进行缓存
log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
imp = meth->imp;
// 执行done, 返回imp
goto done;
}
}
}
// ---------------- 消息发送阶段完成 ---------------------
// ---------------- 进入动态解析阶段 ---------------------
// 上述列表中都没有找到方法实现, 则尝试解析方法
if (resolver && !triedResolver) {
runtimeLock.unlockRead();
_class_resolveMethod(cls, sel, inst);
runtimeLock.read();
triedResolver = YES;
goto retry;
}
// ---------------- 动态解析阶段完成 ---------------------
// ---------------- 进入消息转发阶段 ---------------------
imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
cache_fill(cls, sel, imp, inst);
done:
runtimeLock.unlockRead();
// 返回方法地址
return imp;
}
getMethodNoSuper_nolock 函数
方法列表中查找方法
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
runtimeLock.assertLocked();
assert(cls->isRealized());
// cls->data() 得到的是 class_rw_t
// class_rw_t->methods 得到的是methods二维数组
for (auto mlists = cls->data()->methods.beginLists(),
end = cls->data()->methods.endLists();
mlists != end;
++mlists)
{
// mlists 为 method_list_t
method_t *m = search_method_list(*mlists, sel);
if (m) return m;
}
return nil;
}
上述源码中getMethodNoSuper_nolock函数中通过遍历方法列表拿到method_list_t最终通过search_method_list函数查找方法
search_method_list函数
static method_t *search_method_list(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);
// 如果方法列表是有序的，则使用二分法查找方法，节省时间
if (__builtin_expect(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize, 1)) {
return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
} else {
// 否则则遍历列表查找
for (auto& meth : *mlist) {
if (meth.name == sel) return &meth;
}
}
return nil;
}
findMethodInSortedMethodList函数内二分查找实现原理
static method_t *findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
assert(list);
const method_t * const first = &list->first;
const method_t *base = first;
const method_t *probe;
uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key;
uint32_t count;
// >>1 表示将变量n的各个二进制位顺序右移1位，最高位补二进制0。
// count >>= 1 如果count为偶数则值变为(count / 2)。如果count为奇数则值变为(count-1) / 2
for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
// probe 指向数组中间的值
probe = base + (count >> 1);
// 取出中间method_t的name，也就是SEL
uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
if (keyValue == probeValue) {
// 取出 probe
while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
probe--;
}
// 返回方法
return (method_t *)probe;
}
// 如果keyValue > probeValue 则折半向后查询
if (keyValue > probeValue) {
base = probe + 1;
count--;
}
}
return nil;
}
_class_lookupMethodAndLoadCache3函数内部消息发送的整个流程
如果消息发送阶段没有找到方法，就会进入动态解析方法阶段。
2.动态解析阶段
当本类包括父类cache包括class_rw_t中都找不到方法时，就会进入动态方法解析阶段。我们来看一下动态解析阶段源码。
动态解析的方法
if (resolver && !triedResolver) {
runtimeLock.unlockRead();
_class_resolveMethod(cls, sel, inst);
runtimeLock.read();
// Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have
// changed already. Re-do the search from scratch instead.
triedResolver = YES;
goto retry;
}
_class_resolveMethod函数内部，根据类对象或元类对象做不同的操作
void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
if (! cls->isMetaClass()) {
// try [cls resolveInstanceMethod:sel]
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
else {
// try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
// and [cls resolveInstanceMethod:sel]
_class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst,
NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/))
{
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
}
}
上述代码中可以发现，动态解析方法之后，会将triedResolver = YES;那么下次就不会在进行动态解析阶段了，之后会重新执行retry，会重新对方法查找一遍。也就是说无论我们是否实现动态解析方法，无论动态解析方法是否成功，retry之后都不会在进行动态的解析方法了。
动态解析流程图
3.消息转发
如果我们自己也没有对方法进行动态的解析，那么就会进行消息转发
imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
cache_fill(cls, sel, imp, inst);
自己没有能力处理这个消息的时候，就会进行消息转发阶段，会调用_objc_msgForward_impcache函数。
通过搜索可以在汇编中找到__objc_msgForward_impcache函数实现，__objc_msgForward_impcache函数中调用__objc_msgForward进而找到__objc_forward_handler。
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
_objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
"(no message forward handler is installed)",
class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-',
object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;
我们发现这仅仅是一个错误信息的输出。 其实消息转发机制是不开源的，但是我们可以猜测其中可能拿返回的对象调用了objc_msgSend，重走了一遍消息发送，动态解析，消息转发的过程。最终找到方法进行调用。
消息转发流程
4.使用动态解析/转发机制
动态解析
动态解析对象方法时，会调用+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法。 动态解析类方法时，会调用+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法。
这里以实例对象为例通过代码来看一下动态解析的过程
@implementation Person
- (void) other {
NSLog(@"%s", __func__);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
// 动态的添加方法实现
if (sel == @selector(test)) {
// 获取其他方法 指向method_t的指针
Method otherMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
// 动态添加test方法的实现
class_addMethod(self, sel, method_getImplementation(otherMethod), method_getTypeEncoding(otherMethod));
// 返回YES表示有动态添加方法
return YES;
}
NSLog(@"%s", __func__);
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *person = [[Person alloc] init];
[person test];
}
return 0;
}
// 打印结果
// -[Person other]
在resolveInstanceMethod:方法内部使用class_addMethod动态的添加方法实现。
这里需要注意class_addMethod用来向具有给定名称和实现的类添加新方法，class_addMethod将添加一个方法实现的覆盖，但是不会替换已有的实现。也就是说如果上述代码中已经实现了-(void)test方法，则不会再动态添加方法，这点在上述源码中也可以体现，因为一旦找到方法实现就直接return imp并调用方法了，不会再执行动态解析方法了。
class_addMethod 函数
/**
第一个参数： cls:给哪个类添加方法
第二个参数： SEL name:添加方法的名称
第三个参数： IMP imp: 方法的实现，函数入口，函数名可与方法名不同（建议与方法名相同）
第四个参数： types :方法类型，需要用特定符号，参考API
*/
class_addMethod(__unsafe_unretained Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
class_getInstanceMethod 函数
// 获取其他方法 指向method_t的指针
Method otherMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
总结
消息转发
当本类没有实现方法，并且没有动态解析方法，就会调用forwardingTargetForSelector函数，进行消息转发，我们可以实现forwardingTargetForSelector函数，在其内部将消息转发给可以实现此方法的对象。
如果forwardingTargetForSelector函数返回为nil或者没有实现的话，就会调用methodSignatureForSelector方法，用来返回一个方法签名，这也是我们正确跳转方法的最后机会。
如果methodSignatureForSelector方法返回正确的方法签名就会调用forwardInvocation方法，forwardInvocation方法内提供一个NSInvocation类型的参数，NSInvocation封装了一个方法的调用，包括方法的调用者，方法名，以及方法的参数。在forwardInvocation函数内修改方法调用对象即可。
如果methodSignatureForSelector返回的为nil，就会来到doseNotRecognizeSelector:方法内部，程序crash提示无法识别选择器unrecognized selector sent to instance。
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
// 返回能够处理消息的对象
if (aSelector == @selector(driving)) {
// 返回nil则会调用methodSignatureForSelector方法
return nil;
// return [[Car alloc] init];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
// 方法签名：返回值类型、参数类型
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
if (aSelector == @selector(driving)) {
// return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes: "v@:"];
// return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes: "v16@0:8"];
// 也可以通过调用Car的methodSignatureForSelector方法得到方法签名，这种方式需要car对象有aSelector方法
return [[[Car alloc] init] methodSignatureForSelector: aSelector];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
//NSInvocation 封装了一个方法调用，包括：方法调用者，方法，方法的参数
// anInvocation.target 方法调用者
// anInvocation.selector 方法名
// [anInvocation getArgument: NULL atIndex: 0]; 获得参数
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
// anInvocation中封装了methodSignatureForSelector函数中返回的方法。
// 此时anInvocation.target 还是person对象，我们需要修改target为可以执行方法的方法调用者。
// anInvocation.target = [[Car alloc] init];
// [anInvocation invoke];
[anInvocation invokeWithTarget: [[Car alloc] init]];
}
// 打印内容
// 消息转发[5781:2164454] car driving
NSInvocation
methodSignatureForSelector方法中返回的方法签名，在forwardInvocation中被包装成NSInvocation对象，NSInvocation提供了获取和修改方法名、参数、返回值等方法，也就是说，在forwardInvocation函数中我们可以对方法进行最后的修改。
生成NSMethodSignature
四、super本质
1.举例
#import "Student.h"
@implementation Student
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
NSLog(@"[self class] = %@", [self class]);
NSLog(@"[self superclass] = %@", [self superclass]);
NSLog(@"----------------");
NSLog(@"[super class] = %@", [super class]);
NSLog(@"[super superclass] = %@", [super superclass]);
}
return self;
}
@end
输出内容
Runtime-super[6601:1536402] [self class] = Student
Runtime-super[6601:1536402] [self superclass] = Person
Runtime-super[6601:1536402] ----------------
Runtime-super[6601:1536402] [super class] = Student
Runtime-super[6601:1536402] [super superclass] = Person
上述代码中可以发现无论是self还是super调用class或superclass的结果都是相同的。
[super run]; 转化为底层源码内部其实调用的是 objc_msgSendSuper 函数。
objc_msgSendSuper函数内传递了两个参数。__rw_objc_super结构体和sel_registerName("run")方法名。
__rw_objc_super结构体内传入的参数是self和class_getSuperclass(objc_getClass("Student"))也就是Student的父类Person
objc_msgSendSuper 内部结构
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_msgSendSuper(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
objc_msgSendSuper中传入的结构体是objc_super，我们来到objc_super内部查看其内部结构。 我们通过源码查找objc_super结构体查看其内部结构。
// 精简后的objc_super结构体
struct objc_super {
__unsafe_unretained _Nonnull id receiver; // 消息接受者
__unsafe_unretained _Nonnull Class super_class; // 消息接受者的父类
/* super_class is the first class to search */
// 父类是第一个开始查找的类
};
从objc_super结构体中可以发现receiver消息接受者仍然为self，superclass仅仅是用来告知消息查找从哪一个类开始。从父类的类对象开始去查找。
super调用方法的消息接受者receiver仍然是self，只是从父类的类对象开始去查找方法。
class的底层实现如下面代码所示
+ (Class)class {
return self;
}
- (Class)class {
return object_getClass(self);
}
+ (Class)superclass {
return self->superclass;
}
- (Class)superclass {
return [self class]->superclass;
}
class内部实现是根据消息接受者返回其对应的类对象，最终会找到基类的方法列表中，而self和super的区别仅仅是self从本类类对象开始查找方法，super从父类类对象开始查找方法，因此最终得到的结果都是相同的。
2.objc_msgSendSuper2 函数
super 底层真正调用的函数时 objc_msgSendSuper2 函数
3.isKindOfClass 与 isMemberOfClass
isKindOfClass isKindOfClass对象方法底层实现
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
// 直接获取实例类对象并判断是否等于传入的类对象
return [self class] == cls;
}
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
// 向上查询，如果找到父类对象等于传入的类对象则返回YES
// 直到基类还不相等则返回NO
for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
isMemberOfClass 判断左边是否刚好等于右边类型。 isKindOfClass 判断左边或者左边类型的父类是否刚好等于右边类型。 注意：类方法内部是获取其元类对象进行比较
五、runtime API
1.类相关API
1. 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
2. 注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
void objc_registerClassPair(Class cls)
3. 销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)
示例：
void run(id self , SEL _cmd) {
NSLog(@"%@ - %@", self,NSStringFromSelector(_cmd));
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 创建类 superclass:继承自哪个类 name:类名 size_t:格外的大小，创建类是否需要扩充空间
// 返回一个类对象
Class newClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "Student", 0);
// 添加成员变量
// cls:添加成员变量的类 name:成员变量的名字 size:占据多少字节 alignment:内存对齐，最好写1 types:类型，int类型就是@encode(int) 也就是i
class_addIvar(newClass, "_age", 4, 1, @encode(int));
class_addIvar(newClass, "_height", 4, 1, @encode(float));
// 添加方法
class_addMethod(newClass, @selector(run), (IMP)run, "v@:");
// 注册类
objc_registerClassPair(newClass);
// 创建实例对象
id student = [[newClass alloc] init];
// 通过KVC访问
[student setValue:@10 forKey:@"_age"];
[student setValue:@180.5 forKey:@"_height"];
// 获取成员变量
NSLog(@"_age = %@ , _height = %@",[student valueForKey:@"_age"], [student valueForKey:@"_height"]);
// 获取类的占用空间
NSLog(@"类对象占用空间%zd", class_getInstanceSize(newClass));
// 调用动态添加的方法
[student run];
}
return 0;
}
// 打印内容
// Runtime应用[25605:4723961] _age = 10 , _height = 180.5
// Runtime应用[25605:4723961] 类对象占用空间16
// Runtime应用[25605:4723961] <Student: 0x10072e420> - run
注意
类一旦注册完毕，就相当于类对象和元类对象里面的结构就已经创建好了。
因此必须在注册类之前，添加成员变量。方法可以在注册之后再添加，因为方法是可以动态添加的。
创建的类如果不需要使用了 ，需要释放类。
4. 获取isa指向的Class，如果将类对象传入获取的就是元类对象，如果是实例对象则为类对象
Class object_getClass(id obj)
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *person = [[Person alloc] init];
NSLog(@"%p,%p,%p",object_getClass(person), [Person class],
object_getClass([Person class]));
}
return 0;
}
// 打印内容
Runtime应用[21115:3807804] 0x100001298,0x100001298,0x100001270
5. 设置isa指向的Class，可以动态的修改类型。例如修改了person对象的类型，也就是说修改了person对象的isa指针的指向，中途让对象去调用其他类的同名方法。
Class object_setClass(id obj, Class cls)
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *person = [[Person alloc] init];
[person run];
object_setClass(person, [Car class]);
[person run];
}
return 0;
}
// 打印内容
Runtime应用[21147:3815155] -[Person run]
Runtime应用[21147:3815155] -[Car run]
最终其实调用了car的run方法
6. 用于判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)
// 判断OC对象是实例对象还是类对象
NSLog(@"%d",object_isClass(person)); // 0
NSLog(@"%d",object_isClass([person class])); // 1
NSLog(@"%d",object_isClass(object_getClass([person class]))); // 1
// 元类对象也是特殊的类对象
7. 判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
8. 获取类对象父类
Class class_getSuperclass(Class cls)
2.成员变量 API
1. 获取一个实例变量信息，描述信息变量的名字，占用多少字节等
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
2. 拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
3. 设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
4. 动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
5. 获取成员变量的相关信息，传入成员变量信息，返回C语言字符串
const char *ivar_getName(Ivar v)
6. 获取成员变量的编码，types
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
示例：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 获取成员变量的信息
Ivar nameIvar = class_getInstanceVariable([Person class], "_name");
// 获取成员变量的名字和编码
NSLog(@"%s, %s", ivar_getName(nameIvar), ivar_getTypeEncoding(nameIvar));
Person *person = [[Person alloc] init];
// 设置和获取成员变量的值
object_setIvar(person, nameIvar, @"xx_cc");
// 获取成员变量的值
object_getIvar(person, nameIvar);
NSLog(@"%@", object_getIvar(person, nameIvar));
NSLog(@"%@", person.name);
// 拷贝实例变量列表
unsigned int count ;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &count);
for (int i = 0; i < count; i ++) {
// 取出成员变量
Ivar ivar = ivars[i];
NSLog(@"%s, %s", ivar_getName(ivar), ivar_getTypeEncoding(ivar));
}
free(ivars);
}
return 0;
}
// 打印内容
// Runtime应用[25783:4778679] _name, @"NSString"
// Runtime应用[25783:4778679] xx_cc
// Runtime应用[25783:4778679] xx_cc
// Runtime应用[25783:4778679] _name, @"NSString"
3.属性 API
1. 获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
2. 拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
3. 动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
4. 动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
5. 获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
4.方法 API
1. 获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
2. 方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
3. 拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
4. 动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
5. 动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
6. 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)
7. 选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)
8. 用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)
六、runtime 应用
1.设置UITextField占位文字的颜色
2.字典转模型
- 利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
- 利用KVC设值
3.替换方法实现
- class_replaceMethod
- method_exchangeImplementations
七、面试题
1.下列代码中Person继承自NSObject，Student继承自Person，写出下列代码输出内容。
#import "Student.h"
@implementation Student
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
NSLog(@"[self class] = %@", [self class]);
NSLog(@"[self superclass] = %@", [self superclass]);
NSLog(@"----------------");
NSLog(@"[super class] = %@", [super class]);
NSLog(@"[super superclass] = %@", [super superclass]);
}
return self;
}
@end
输出内容
Runtime-super[6601:1536402] [self class] = Student
Runtime-super[6601:1536402] [self superclass] = Person
Runtime-super[6601:1536402] ----------------
Runtime-super[6601:1536402] [super class] = Student
Runtime-super[6601:1536402] [super superclass] = Person
上述代码中可以发现无论是self还是super调用class或superclass的结果都是相同的。
2.讲一下 OC 的消息机制
OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
objc_msgSend底层有3大阶段
消息发送（当前类、父类中查找）、动态方法解析、消息转发
3.具体应用
- 利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
- 遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
- 交换方法实现（交换系统的方法）
- 利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题
- ......
4.如下
isMemberOfClass 判断左边是否刚好等于右边类型。 isKindOfClass 判断左边或者左边类型的父类是否刚好等于右边类型。 注意：类方法内部是获取其元类对象进行比较
